Термостойкая резиновая смесь
Владельцы патента RU 2495061:
Открытое акционерное общество "Чебоксарское производственное объединение имени В.И. Чапаева" (RU)
Изобретение относится к производству резиновых смесей, используемых для изготовления эластичных резиновых элементов, используемых в производстве пакерно-якорного оборудования нефтегазодобывающей отрасли. Термостойкая резиновая смесь на основе комбинации бутадиен-нитрильного каучука и частично гидрированного бутадиен-нитрильного каучука включает вулканизирующий агент, соагент перекисной вулканизации, оксид цинка, технологическую добавку для резиновых смесей и технический углерод. Смесь содержит в качестве вулканизующего агента - новоперокс БП-40, в качестве соагента перекисной вулканизации - дельтагран HVA-2 70 GE, в качестве технологической добавки для резиновых смесей - мягчитель РС-1 и дополнительно - 2-меркаптобензтиазол, магнезию жженую, стеариновую кислоту, наугард 445, новантокс 8ПФДА, цинколет ВВ-222, технический углерод N 220, технический углерод П 514, олигоэфирокрилаты МГФ-9 и ТГМ-3 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: бутадиен-нитрильный каучук - 15,0-25,0; частично гидрированный бутадиен-нитрильного каучук - 75,0-85,0; новоперокс БП-40 - 10,0-11,0; дельтагран HVA-2 70 GE - 1,5-2,0; 2-меркаптобензтиазол - 0,3-0,5; оксид цинка - 3,0-5,0; магнезия жженая - 8,0-10,0; стеариновая кислота - 0,5-1,0; цинколет ВВ-222 - 1,0-2,0; мягчитель PC-1 - 1,0-2,0; наугард 445 - 1,0-3,0; новантокс 8ПФДА - 1,0-3,0; техуглерод N 220 - 15,0-20,0 техуглерод П 514 - 50,0-55,0; олигоэфирокрилат МГФ-9 - 8,0-12,0; олигоэфирокрилат ТГМ-3 - 8,0-12,0. Технический результат - увеличение упругопрочностных свойств вулканизата при температуре 150°C, обеспечение герметизирующей способности резиновых элементов пакерно-якорного оборудования, повышение сопротивления раздиру, а также увеличение работоспособности резинового элемента при высоких температурах. 1 табл.
Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к производству резиновых смесей, используемых для изготовления изделий различного целевого назначения, в том числе эластичных резиновых элементов используемых в производстве пакерно-якорного оборудования нефтегазодобывающей отрасли. Термостойкая резиновая смесь включает следующие каучуки и ингредиенты: бутадиен-нитрильный каучук, частично гидрированный бутадиен-нитрильный каучук, вулканизующий агент-новоперокс БП-40, соагент перекисной вулканизации - дельтагран HVA-2 70 GE (м-фенилен-бисмалеимид), замедлитель преждевременной вулканизации-2-меркаптобензтиазол (2-МБТ), оксид цинка, магнезия жженая, стеариновая кислота, диспергатор - цинколет ВВ-222 (смесь высокомолекулярных алифатических жирных кислот и сложных эфиров), технологическая добавка для резиновых смесей - мягчитель РС-1, противостарители - наугард 445 (4,4'-бис(α-диметилбензил)дифениламин, МВРА) и новантокс 8ПФДА, технический углерод N 220, технический углерод П 514, олигоэфирокрилаты - МГФ-9 и ТГМ-3.
Известна резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука марки БНКС-40 AM, АМН-100,0, включающая, мас.ч: тиурам «Д» - 1,5, N,N'-дитиодиморфолин-2,0, сульфенамид «Ц» - 2,0; нафтам - 2-1,5, диафен ФП-1,0, белила цинковые - 5,0, канифоль - 5,0, мел ММОР, ММС - 1-30,0, технический углерод П 701-55,0, технический углерод П 514-20,0, дибутилфталат - 15,0. (Патент RU №2232171 2002 г.).
Вулканизаты из резиновых смесей на основе бутадиен-нитрильных каучуков (БНК) характеризуются высокой стойкостью к воздействию различных агрессивных сред (топливо, масла, смазки, нефть). Благодаря этим свойствам резины на основе БНК широко используются для изготовления уплотнителей, прокладок, манжет, рукавов, пыльников и других резинотехнических изделий. Однако существенным недостатком этих резин является низкая термостойкость при температуре выше 130°C.
Одним из путей преодоления указанного недостатка является добавление в рецептуру частично гидрированного бутадиен-нитрильного каучука.
Известна эластомерная композиция включающая, мас.ч: бутадиен-нитрильный каучук 5,0-70,0, частично гидрированный бутадиен-нитрильный каучук 30,0-95,0, вулканизующий агент-бис(трет-бутилпероксиизопропил)-бензол-4,0-8,0, соагент перекисной вулканизации - триаллил изоцианурат-0,5-2,0, технический углерод - 40,0-60,0, стеариновую кислоту 1,0-3,0; антиоксидант 1,0-3,0, описанная в патенте на изобретение RU №2322462 2007 г., которая по числу совпадающих признаков и технической сущности выбрана в качестве наиболее близкого аналога - прототипа предложенной смеси.
Недостатком указанных резин является низкая термостойкость при температуре 150°C (невысокое сопротивление к накоплению остаточной относительной деформации, низкая прочность при раздире, потеря упругопрочностных характеристик при температуре эксплуатации), а также потеря герметизирующей способности резиновых элементов на их основе при температуре 150°C и осевом давлении до 700 атм.
Задача настоящего изобретения направлена на увеличение упругопрочностных свойств вулканизата при температуре 150°C и обеспечение герметизирующей способности резиновых элементов пакерно-якорного оборудования.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а также повышение сопротивления раздиру, увеличение работоспособности резинового элемента при высоких температурах.
Поставленная задача достигается путем подбора определенных каучуков и ингредиентов в оптимальном соотношении, мас.ч.:
| - бутадиен-нитрильный каучук | 15,0-25,0 |
| - частично гидрированный | |
| бутадиен-нитрильный каучук | 75,0-85,0 |
| - вулканизующий агент - новоперокс БП-40 | 10,0-11,0 |
| - соагент перекисной вулканизации - | |
| дельтагран HVA-2 70 GE | 1,5-2,0 |
| - замедлитель преждевременной вулканизации - | |
| 2-меркаптобензтиазол (2-МБТ) | 0,3-0,5 |
| - оксид цинка | 3,0-5,0 |
| - технологическая добавка для резиновых смесей - | |
| мягчительРС-1 | 1,0-2,0 |
| - магнезия жженая | 8,0-10,0 |
| - стеариновая кислота | 0,5-1,0 |
| - цинколет ВВ-222 | 1,0-2,0 |
| - наугард 445 (МВРА) | 1,0-3,0 |
| - новантокс 8ПФДА | 1,0-3,0 |
| - техуглерод N 220 | 15,0-20,0 |
| - техуглерод П 514 | 50,0-55,0 |
| - олигоэфирокрилат МГФ-9 | 8,0-12,0 |
| - олигоэфирокрилат ТГМ-3 | 8,0-12,0 |
Введение ингредиентов выше или ниже предельных значений приводит к ухудшению выходных характеристик резин.
Новым является не использованное ранее сочетание известных ингредиентов, используемых в количественном соотношении и не применяемой в рецептуре резин на основе БНК технологической добавки для резиновых смесей - мягчитель РС-1. Это позволяет получить технический результат: повышенная термо-, агрессивостойкость и герметизипрующая способность эластичных резиновых элементов при температуре 150±5°C.
По мнению заявителей, данная резиновая смесь не известна и можно сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «новизна».
Так как заявленная совокупность существенных признаков проявляет новые свойства, позволяющие получить изменение количественной меры результата, а именно увеличение упругопрочностных показателей вулканизата по сравнению с известной резиной, то можно сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «изобретательный уровень».
Процесс смешивания резиновой смеси на смесительных вальцах СМ 2130 660/660 в две стадии при последовательном вводе ингредиентов в матрицу каучука. Общее время смешивания и гомогенизации составляет для I и II стадии 20-25 минут.
Образцы для определения физико-механических показателей резиновой смеси готовили согласно принятым для резиновой промышленности стандартам.
Основные материалы:
- бутадиен-нитрильный каучук (ТУ 38.30313-2006);
- частично гидрированный бутадиен-нитрильный каучук
(Проспект фирмы Байер АГ);
- новоперокс БП-40 (ТУ 2417-007-00151673-2004);
- дельтагран HVA-2 70 GE
(проспект фирмы ДБХ Остхандельс Гезельшафт мбХ);
- 2-меркаптобензтиазол (2-МБТ) (ГОСТ 739-74);
- оксид цинка (ГОСТ 202-84);
- технологическая добавка для резиновых смесей -
мягчитель PC-1 (ТУ 2312-020-50518328-11);
- магнезия жженая (ГОСТ 844-79);
- стеариновая кислота (ГОСТ 6484-96);
- цинколет ВВ-222
(проспект фирмы ДБХ Остхандельс Гезельшафт мбХ);
- наугард 445 (МВРА) (Проспект Uniroyal, США);
- новантокс 8ПФДА (ТУ 2492-465-05766-3441-2004);
- техуглерод N 220 (ГОСТ 7885-86);
- техуглерод П 514 (ГОСТ 7885-86);
- олигоэфирокрилат МГФ-9 (ТУ 2226-065-05761-2003);
- олигоэфирокрилат ТГМ-3 (ТУ 2226-065-05761-2003).
В предлагаемой резиновой смеси могут использоваться аналоги каучуков и ингредиентов, выпускаемые различными фирмами.
Сравнительные технические характеристики резиновой смеси - прототипа и новой рецептуры резиновой смеси по заявке на изобретение приведены в таблице.
| № п/п | Наименование показателей | Известная резина | Резина по изобретению | Методы контроля |
| 1 | Условная прочность при растяжении, МПа | 21,5 | 24,0 | ГОСТ 270 |
| 2 | Относительное удлинение при разрыве, % | 200 | 200 | ГОСТ 270 |
| 3 | Твердость по Шор А, ед. Шор А | 70±5 | 80±5 | ГОСТ 263 |
| 4 | Сопротивление раздиру, кН/м | - | 60 | ГОСТ 262 |
| 5 | Относительная остаточная деформация (100°C×24ч×30%), % | +17,0 | - | ГОСТ 9.029 |
| 6 | Относительная остаточная деформация (150°C×24ч×30%), % | - | +15,8 | ГОСТ 9.029 |
| 7 | Изменение после старения в воздухе (125°C×72ч): | ГОСТ 9.024 | ||
| - условной прочности при растяжении, % | -6,0 | - | ||
| - относительного удлинения при разрыве, % | -18,0 | - | ||
| 8 | Изменение после старения в воздухе (150°C×72ч): | ГОСТ 9.024 | ||
| - условной прочности при растяжении, % | - | +13,0 | ||
| - относительного удлинения при разрыве, % | - | -15,0 | ||
| 9 | Изменение после воздействия СЖР-1 (150°C×24ч): | ГОСТ 9.030 | ||
| - условной прочности при растяжении, % | - | +10,0 | ||
| - относительного удлинения при разрыве, % | - | -30,0 | ||
| 10 | Изменение массы после воздействия СЖР-3 (100°C×24ч), % | +17,8 | +15,1 | ГОСТ 9.030 |
| 11 | Изменение массы после воздействия изооктан + толуол (70:30), % | +24,6 | +10,6 | ГОСТ 9.030 |
Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что предлагаемая по изобретению резиновая смесь имеет лучшие показатели по условной прочности при растяжении, относительной остаточной деформации, термостойкости при температуре 150°C.
Предлагаемая по изобретению резиновая смесь позволяет использовать ее в производстве резиновых элементов пакерно-якорного оборудования для нефтегазодобывающей отрасли при температуре до 150°C и соответствует ТУ 253910-004-20666528-2011 группе 1000-Т150-80-КЗ.
Учитывая вышеизложенное, по мнению заявителя, изобретение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Термостойкая резиновая смесь на основе комбинации бутадиен-нитрильного каучука и частично гидрированного бутадиен-нитрильного каучука, включающая вулканизирующий агент, соагент перекисной вулканизации, оксид цинка, технологическую добавку для резиновых смесей и технический углерод, отличающаяся тем, что смесь содержит в качестве вулканизующего агента новоперокс БП-40, в качестве соагента перекисной вулканизации дельтагран HVA-2 70 GE, в качестве технологической добавки для резиновых смесей мягчитель РС-1 и дополнительно 2-меркаптобензтиазол, магнезию жженую, стеариновую кислоту, наугард 445, новантокс 8ПФДА, цинколет ВВ-222, технический углерод N 220, технический углерод П 514, олигоэфирокрилаты МГФ-9 и ТГМ-3 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Бутадиен-нитрильный каучук | 15,0-25,0 |
| Частично гидрированный | |
| бутадиен-нитрильный каучук | 75,0-85,0 |
| Новоперокс БП-40 | 10,0-11,0 |
| Дельтагран HVA-2 70 GE | 1,5-2,0 |
| 2-меркаптобензтиазол | 0,3-0,5 |
| Оксид цинка | 3,0-5,0 |
| Магнезия жженая | 8,0-10,0 |
| Стеариновая кислота | 0,5-1,0 |
| Цинколет ВВ-222 | 1,0-2,0 |
| Мягчитель PC-1 | 1,0-2,0 |
| Наугард 445 | 1,0-3,0 |
| Новантокс 8ПФДА | 1,0-3,0 |
| Техуглерод N 220 | 15,0-20,0 |
| Техуглерод П 514 | 50,0-55,0 |
| Олигоэфирокрилат МГФ-9 | 8,0-12,0 |
| Олигоэфирокрилат ТГМ-3 | 8,0-12,0 |
